(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電路の漏電電流を検出する零相変流器と、前記零相変流器が検出した信号に基づいて漏電を判別する漏電検出回路と、前記漏電検出回路の出力により付勢される引き外しコイルと、及び前記引き外しコイルの付勢時に、前記交流電路に設けられた開閉接点を開放する引き外し装置と、前記交流電路に接続された整流回路と、この整流回路より供給された直流電圧を降圧するシリーズレギュレータである第１の降圧手段と、この第１の降圧手段より供給された直流電圧を降圧するスイッチングレギュレータである第２の降圧手段と、を備え、
前記漏電検出回路は前記第１の降圧手段より電源を供給され、前記引き外しコイルは前記第２の降圧手段より電源を供給されることを特徴とする漏電遮断器。
【請求項２】
請求項１に記載の漏電遮断器において、前記零相変流器へ模擬漏電電流を流して漏電検出の機能をテストするテスト機能部と、前記テスト機能部へパルス信号を出力するテスト回路と、を備え、
前記模擬漏電電流は前記第２の降圧手段より供給されることを特徴とする漏電遮断器。
【請求項３】
請求項２に記載の漏電遮断器において、前記テスト機能部は、前記交流電路の交流成分を元に前記交流電路と同一周波数のパルスを生成する回路もしくは前記交流電路の周波数に近い周波数を出力する発振回路で構成される前記テスト回路が出力するパルス信号を入力とし、前記第１の降圧手段の電源電圧よりも低い電圧に、第２の降圧手段の電源電圧を降圧する第３の降圧手段を備え、前記第３の降圧手段がスイッチングレギュレータであることを特徴とする漏電遮断器。
【請求項４】
請求項３に記載の漏電遮断器において、前記第３の降圧手段であるスイッチングレギュレータが定電流出力形のスイッチングレギュレータであることを特徴とする漏電遮断器。
【請求項５】
請求項４に記載の漏電遮断器において、
前記第３の降圧手段であるスイッチングレギュレータは、少なくともスイッチング素子と、前記スイッチングレギュレータの出力端となるインダクタと、前記インダクタの出力レベルを検出しスイッチング素子側にフィードバック制御するフォトカプラとを有する自励式の降圧チョッパー形スイッチング回路で構成され、
前記降圧チョッパー形スイッチング回路の出力端となる前記インダクタから、分流抵抗が並列接続された前記フォトカプラの入力側発光ダイオードおよび前記零相変流器の３次巻線を介してＧＮＤレベルに接続することで、テスト動作時において零相変流器の３次巻線に流れるテスト電流を所定の振幅レベルとしたことを特徴とする漏電遮断器。
【請求項６】
請求項２に記載の漏電遮断器において、前記テスト機能部は、前記交流電路の交流成分を元に前記交流電路と同一周波数のパルスを生成する回路もしくは前記交流電路の周波数に近い周波数を出力する発振回路で構成される前記テスト回路が出力するパルス信号を入力とし、前記第１の降圧手段の電源電圧よりも低い電圧に、第２の降圧手段の電源電圧を降圧し零相変流器の３次巻線に制限抵抗を介して電源を供給する第３の降圧手段を備え、前記第３の降圧手段がスイッチングレギュレータであることを特徴とする漏電遮断器。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電路に接続された漏電遮断器などに内蔵される電源回路及びこの電源回路を用いた漏電遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の漏電遮断器に内蔵された電源回路は、交流電路から供給された交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ，２００Ｖ，４４０Ｖ等）を整流手段により直流電圧に変換した後、整流された直流電圧を降圧手段により、低電圧の直流電圧（例えばＤＣ２４Ｖ）に変換して、漏電検出回路や引き外し装置に駆動電源として供給するものである。
このような電源回路では、電力損失を抑えながら広範囲の入力電圧に対応できるように降圧手段には定電圧方式や定電流方式のシリーズレギュレータが多く採用されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
また、漏電遮断器には交流電路に漏電が生じた場合に開閉接点を開放する漏電引き外し装置と、漏電検出および漏電引き外し機能が正常に機能するかを定期的に検査する為のテスト機能が備わるが、これらが消費する電力も前記の定電圧電源や定電流電源の出力電圧から直接もしくはシリーズレギュレータである定電圧電源を介して供給されている（例えば、特許文献３および特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−５７０６２号公報（図１及びその説明）
【特許文献２】特開２００９−９５１２５号公報（図１及びその説明）
【特許文献３】特開２００５−１３７０９５号公報（図１及びその説明）
【特許文献４】特開２００６−３０２６０１号公報（図２及びその説明）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように従来の漏電遮断器の電源回路においては、漏電検出回路の消費電流と、漏電引き外し装置およびテスト機能の消費電流の総和が、整流後の定電圧方式や定電流方式のシリーズレギュレータの負荷電流となる為、このシリーズレギュレータの電源容量を大きくする必要があり、逆に、このシリーズレギュレータの体積の制約や損失に伴う発熱の問題から電源容量が大きく出来ない場合は、漏電引き外し装置およびテスト機能への電源供給を抑制する必要があり、必要な漏電引き外し装置の駆動力やテスト電流が確保できないといった問題が生じていた。
【０００６】
また、この課題の解決策として、整流後の降圧手段に効率の良いスイッチングレギュレータを用いることも考えられたが、交流電路の電圧が高い場合、例えばＡＣ４４０Ｖの交流電路での使用を考えた場合、整流後の電圧は６００Ｖを越える電圧となる為、スイッチングレギュレータに使用するスイッチング素子は高耐圧で、かつ高速スイッチングが可能なものが必要となるものの、小形でこのような条件を満たすスイッチング素子はあまり生産されておらず入手が困難である上に、高い電圧を高速でスイッチングさせる為には、スイッチング素子に対して大きなドライブ電流が必要であり、場合によっては負荷電流以上のドライブ電流を消費するようになることから、スイッチングを行うことによる損失（スイッチングロス）が大きく、スイッチングレギュレータを使用する効果が得られない。
【０００７】
また、整流後の高い電圧をスイッチングレギュレータにより高速スイッチングすると、
交流電路へのスイッチングノイズの伝播が避けられず、電波障害等の問題が生じる可能性がある。その為、ノイズを吸収するノイズ対策部品や回路を追加したり、意図的にスイッチング波形を鈍らせてノイズの発生そのものを低減させる手段が用いられるが、ノイズ対策部品等の追加は回路規模を大きくしてしまい、またスイッチング波形を鈍らせる対策はスイッチングロスが増加してしまうことから、スイッチングレギュレータを用いる効果が得られないといった問題があった。
【０００８】
この発明は、前述の課題を解決するためになされたもので、遮断器内部で消費する内部電源を、定常時にはシリーズレギュレータからの電源供給のみとし、テスト動作時や漏電作動時といった非定常時にのみスイッチングレギュレータを用いた電源供給が行われるようにして、非定常時の消費電流を抑制することにより、小形化と省電力化を図った電源回路、および漏電遮断器を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る漏電遮断器は、交流電路の漏電電流を検出する零相変流器と、前記零相変流器が検出した信号に基づいて漏電を判別する漏電検出回路と、前記漏電検出回路の出力により付勢される引き外しコイルと、及び前記引き外しコイルの付勢時に、前記交流電路に設けられた開閉接点を開放する引き外し装置と、前記交流電路に接続された整流回路と、この整流回路より供給された直流電圧を降圧するシリーズレギュレータである第１の降圧手段と、この第１の降圧手段より供給された直流電圧を降圧するスイッチングレギュレータである第２の降圧手段と、を備え、前記漏電検出回路は前記第１の降圧手段より電源を供給され、前記引き外しコイルは前記第２の降圧手段より電源を供給されるものである。  
【発明の効果】
【００１０】
この発明による漏電遮断器は、交流電路の漏電電流を検出する零相変流器と、前記零相変流器が検出した信号に基づいて漏電を判別する漏電検出回路と、前記漏電検出回路の出力により付勢される引き外しコイルと、及び前記引き外しコイルの付勢時に、前記交流電路に設けられた開閉接点を開放する引き外し装置と、前記交流電路に接続された整流回路と、この整流回路より供給された直流電圧を降圧するシリーズレギュレータである第１の降圧手段と、この第１の降圧手段より供給された直流電圧を降圧するスイッチングレギュレータである第２の降圧手段と、を備え、前記漏電検出回路は前記第１の降圧手段より電源を供給され、前記引き外しコイルは前記第２の降圧手段より電源を供給されるようにしたことにより、第１の降圧手段（シリーズレギュレータ）で降圧した電圧を漏電検出回路に供給し、一時的にしか作動しない引き外しコイルに対しては、第１の降圧手段で降圧した電圧を第２の降圧手段（スイッチングレギュレータ）で更に降圧して電源を供給するようにしたので、ドロップ電圧が大きい為にどうしても電力損失が大きくなっていたシリーズレギュレータである第１の降圧手段の負荷電流を小さくすることができ、漏電遮断器の電源回路全体の小形化や発熱の抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１における電源回路を用いた漏電遮断器の事例を示す    回路図である。
【図２】この発明の実施の形態２における電源回路を用いた漏電遮断器の事例を示す    回路図である。
【図３】この発明の実施の形態３における電源回路を用いた漏電遮断器の事例を示す    回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図１により説明する。図１は本発明の実施の形態１における電源回路を用いた漏電遮断器の構成を示すブロック図である。
図１において、漏電遮断器１００は、交流電路を開閉する開閉接点２と、交流電路１中に挿入された零相変流器３に接続され、零相変流器３の２次巻線３ａからの出力信号に基づいて漏電を検出する漏電検出回路４と、この漏電検出回路４の出力信号によりスイッチング手段５を介して付勢される引き外しコイル６と、この引き外しコイル６の付勢時に開閉接点２を開離駆動する引き外し装置７とで、漏電遮断器の遮断と漏電検出機能を構成している。
【００１３】
また、漏電遮断器１００は、使用者が漏電機能をテストする為のテストスイッチ８を備えており、このテストスイッチ８がオンされると、テスト電流を生成するテスト回路９に電源が供給され、テスト回路９が交流電路１と同一周波数のパルス信号をスイッチング手段１０に出力することで、漏電遮断器の内部電源から制限抵抗１１によって所定の電流値に調整されたテスト用の模擬漏電電流が零相変流器３に設けられた３次巻線３ｂに流れるように構成している。
【００１４】
また、漏電検出回路４と引き外しコイル６とテスト回路９、およびにテスト回路９の出力に連動して３次巻線３ｂを励磁させるテスト電流はそれぞれ作動させる為の電気エネルギーが必要であるが、その電気エネルギーは、交流電路１の各相に接続された限流抵抗１２を介して全波整流回路１３に供給され全波整流された直流電圧Ｖ１を元に生成される。尚、限流抵抗１２は交流電路１に雷サージ等の高電圧が加わった際に、全波整流回路１３へ過大な電流が流れ込むのを防ぎ全波整流回路１３以降の内部回路を保護する為の抵抗である。
【００１５】
全波整流された直流電圧Ｖ１は、限流抵抗１２によりわずかに電圧が低下するものの、交流電路１を全波整流しただけの高い電圧であり、電圧降圧手段である第１のシリーズレギュレータ１４により中間的な所定の電圧に降圧し、平滑コンデンサ１５によってリップルが抑制された直流電圧Ｖ２が生成される。更に、この直流電圧Ｖ２は、電圧降圧手段である第２のシリーズレギュレータ１６により、約５Ｖ程度の直流電圧Ｖ３に降圧、安定化され、この直流電圧Ｖ３は漏電検出回路４とテスト回路９の電源として使用される。また更に、直流電圧Ｖ２は、電圧降圧手段である第１のスイッチングレギュレータ１７により直流電圧Ｖ４に降圧されて、この直流電圧Ｖ４は引き外しコイル６の駆動用電源および零相変流器３の３次巻線３ｂを励磁させるテスト電流用の電源として使用される。
【００１６】
次に漏電遮断器の定常状態と漏電引き外し時、テスト動作時のそれぞれの状態における電力の損失について説明する。
まず、漏電遮断器の定常状態においては、引き外しコイル６およびテスト機能は作動せず、漏電検出回路４のみが作動している状態であり、図１において、漏電検出回路４の消費電流Ｉａがそのまま第１のシリーズレギュレータ１４および第２のシリーズレギュレータ１６の負荷電流となる。
通常、シリーズレギュレータの入力電流と出力電流の関係は、シリーズレギュレータにいくらかのロスがある為に、入力電流＞出力電流となるが、ここではロスが無視できる程小さいものとし、入力電流≒出力電流とすれば、Ｉａ≒Ｉｂ≒Ｉｃ≒Ｉｄ≒Ｉｅとなる。
【００１７】
また、シリーズレギュレータの損失は入力電圧と出力電圧の電位差と負荷電流の積なので、第１のシリーズレギュレータ１４の損失Ｐ１は、Ｐ１＝（Ｖ１−Ｖ２）・Ｉａ、第２のシリーズレギュレータ１６の損失Ｐ２はＰ２＝（Ｖ２−Ｖ３）・Ｉａとなる。
【００１８】
これに具体的な数字を当てはめてみる。仮に、直流電圧Ｖ１を４００Ｖ、直流電圧Ｖ２を４０Ｖ、直流電圧Ｖ３を５Ｖ、漏電検出回路４の消費電流Ｉａを１ｍＡとするならば、第１のシリーズレギュレータ１４の損失Ｐ１は、
Ｐ１＝（Ｖ１−Ｖ２）・Ｉａ＝（４００−４０）・０．００１＝０．３６Ｗ、
第２のシリーズレギュレータ１６の損失Ｐ２は、
Ｐ２＝（Ｖ２−Ｖ３）・Ｉａ＝（４０−５）・０．００１＝０．０３５Ｗ、
となる。
【００１９】
次に漏電遮断器の漏電引き外し時の電力損失について説明する。
漏電引き外し時は、引き外しコイル６を駆動する電流Ｉｆが第１のスイッチングレギュレ
ータ１７から供給される。尚、ここではテスト動作していないものとすれば、電流Ｉｊ＝０であり、第１のスイッチングレギュレータ１７の出力電流Ｉｈ＝Ｉｆである。
【００２０】
ここで第１のスイッチングレギュレータ１７の効率をαとすれば、
第１のスイッチングレギュレータ１７の入力電流Ｉｇは
Ｉｇ＝Ｖ４／Ｖ２／α・Ｉｆで表され、
第１のスイッチングレギュレータ１７の損失Ｐ３は
Ｐ３＝（Ｖ２−Ｖ４）・Ｉｇ・（１−α）
＝（Ｖ２−Ｖ４）・Ｖ４／Ｖ２／α・Ｉｆ・（１−α）
となる。
また、第１のシリーズレギュレータ１４の損失Ｐ１は、
Ｐ１＝（Ｖ１−Ｖ２）・Ｉｂ
＝（Ｖ１−Ｖ２）・（Ｉｇ＋Ｉｄ）
＝（Ｖ１−Ｖ２）・（Ｉａ＋Ｖ４／Ｖ２／α・Ｉｆ）
となり、
引き外しコイル６の駆動電流Ｉｆを４０ｍＡ、第１のスイッチングレギュレータ１７の効率αを０．８とするならば、
第１のスイッチングレギュレータ１７の損失Ｐ３は、
Ｐ３＝（Ｖ２−Ｖ４）・Ｖ４／Ｖ２／α・Ｉｆ・（１−α）
＝（４０−２０）・４０／２０／０．８・０．０４・（１−０．８）
＝０．１Ｗ
第１のシリーズレギュレータ１４の損失Ｐ１は、
Ｐ１＝（Ｖ１−Ｖ２）・（Ｉａ＋Ｖ４／Ｖ２／α・Ｉｆ）
＝（４００−４０）・（０．００１＋２０／４０／０．８・０．０４）
＝９．３６Ｗ
となる。尚、第２のシリーズレギュレータ１６の損失Ｐ２は、定常状態と同条件なので、Ｐ２＝０．０３５Ｗである。
【００２１】
このように、漏電引き外し時の第１のシリーズレギュレータ１４には、常時作動している漏電検出回路４の消費電流Ｉａに比べ、非常に大きい引き外しコイル６の駆動電流Ｉｆが流れる為、短時間とはいえ第１のシリーズレギュレータ１４の損失Ｐ１は比較的大きなものとなっている。
しかしながら、従来の場合と比較すると、従来は第１のスイッチングレギュレータ１７が無く、引き外しコイル６の駆動電流Ｉｆが直接第１のシリーズレギュレータ１４の負荷電流となっていた為、第１のシリーズレギュレータ１４の損失Ｐ１はもっと大きなものとなっていた。
【００２２】
従来の場合を、第１のシリーズレギュレータ１４の出力電圧Ｖ２を２０Ｖとして、その損失Ｐ１を求めると、
Ｐ１＝（Ｖ１−Ｖ２）・（Ｉａ＋Ｉｆ）
＝（４００−２０）・（０．００１＋０．０４）
＝１５．５８Ｗ
となる。
【００２３】
このように、本発明の漏電遮断器では、漏電引き外し時の第１のシリーズレギュレータ１４の損失を大幅に低減でることから、第１のシリーズレギュレータ１４の小容量化や、逆に引き外しコイル６の駆動電流を増やして駆動能力の向上を図ることが可能となっている。
【００２４】
次に漏電遮断器のテスト動作時の電力損失について説明する。
テスト動作中は、テストスイッチ８がオンされることで、テスト信号を生成するテスト回路９に第２のシリーズレギュレータ１４の出力電圧Ｖ３から電源が供給され、テスト回路９が出力するパルス信号に駆動されるスイッチング手段１０が第１のスイッチングレギュレータ１７の出力電圧Ｖ４から制限抵抗１１を介して零相変流器３に設けられた３次巻線３ｂにテスト電流が流れる。したがって、この時に消費される電力はテスト回路９の消費電流Ｉｉと３次巻線３ｂに流れるテスト電流Ｉｊである。
【００２５】
テスト回路９は小信号のロジックで構成されるもので、消費電流Ｉｉは約１ｍＡ程度とあまり大きくないが、テスト電流Ｉｊはテスト用の模擬電流そのものであり、必要となる電流の大きさは、漏電遮断器の定格感度電流に比例し、３次巻線３ｂの巻数Ｎに反比例する。したがって、零相変流器３が大きく３次巻線の巻線スペースが十分に確保できる場合には３次巻線３ｂの巻数Ｎを増やすことでテスト電流Ｉｊを抑制することができるが、小形の零相変流器３を使用する場合はスペースが少なく３次巻線３ｂの巻数に制約を生じることも多く、テスト電流Ｉｊとしては前述の引き外しコイル６の駆動電流Ｉｆと同等に数十ｍＡ程度の電流を確保する必要がある。
【００２６】
テスト動作時における電力の損失について、漏電引き外し時と同様に説明する。
まず、第１のシリーズレギュレータ１４の出力電流Ｉｅは、漏電検出回路４とテスト回路９の和となるので、
Ｉｅ＝Ｉｄ＝Ｉａ＋Ｉｉ
となる。
また、第１のスイッチングレギュレータ１７は、漏電引き外し開始と同時にテスト電流が停止される様に制御されているで、テスト動作中の第１のスイッチングレギュレータ１７出力電流Ｉｈは、テスト電流のＩｊと等しく、
Ｉｈ＝Ｉｊ
となる。
【００２７】
ここで第１のスイッチングレギュレータ１７の効率をαとすれば、第１のスイッチングレギュレータ１７の入力電流Ｉｇは、
Ｉｇ＝Ｖ４／Ｖ２／α・Ｉｊ
で表され、第１のスイッチングレギュレータ１７の損失Ｐ３は
Ｐ３＝（Ｖ２−Ｖ４）・Ｉｇ・（１−α）
＝（Ｖ２−Ｖ４）・Ｖ４／Ｖ２／α・Ｉｊ・（１−α）
となるが、この式は漏電引き外しの場合の式中の引き外しコイル６の駆動電流Ｉｆをテスト電流Ｉｊに置き換えたものと等しい。したがって、テスト電流Ｉｊを引き外しコイル６の駆動電流Ｉｆと同レベルに設定したとすれば、
第１のスイッチングレギュレータ１７の損失Ｐ３は、
Ｐ３＝（Ｖ２−Ｖ４）・Ｖ４／Ｖ２／α・Ｉｊ・（１−α）
＝（４０−２０）・４０／２０／０．８・０．０４・（１−０．８）
＝０．１Ｗ
となり、また第１のシリーズレギュレータ１４の損失Ｐ１は、テスト回路９の消費電流Ｉｉを１ｍＡとすれば、
Ｐ１＝（Ｖ１−Ｖ２）・（Ｉａ＋Ｉｉ＋Ｖ４／Ｖ２／α・Ｉｆ）
＝（４００−４０）・（０．００１＋０．００１＋２０／４０／０．８・０．０４）      
＝９．７５Ｗ
と、テスト回路９の消費電流分だけ僅かに増えるが漏電引き外しの場合とほぼ同等の損失となる。
【００２８】
ここで、従来の漏電遮断器のテスト機能では、テスト電流が第１のシリーズレギュレータ１４の出力電圧Ｖ２から供給されていたので、漏電引き外し時の場合と同様に第１のシリーズレギュレータ１４の出力電圧Ｖ２を２０Ｖとして、その損失Ｐ１を求めると、
Ｐ１＝（Ｖ１−Ｖ２）・（Ｉａ＋Ｉｉ＋Ｉｊ）
＝（４００−２０）・（０．００１＋０．００１＋０．０４）
＝１５．９６Ｗ
となることより、テスト動作時においても本発明の漏電遮断器の方が電力損失が少なくなっている。
【００２９】
尚、第１のシリーズレギュレータ１４の出力電圧Ｖ２は、電圧を高く設定した方が、第１のスイッチングレギュレータ１７を用いる効果が得やすく、同時に、第１のシリーズレギュレータ１４の負担も軽減できる反面、出力電圧Ｖ２が５０Ｖを超えた電圧に設定すると、平滑用コンデンサ１５や第１のスイッチングレギュレータ１７に高耐圧の部品を選定する必要が生じ、安価で入手性の良い汎用の小信号の電子部品が使用できなくなるというデメリットが生じ、また、出力電圧Ｖ２が高くなると、第１のスイッチングレギュレータ１７のスイッチング電圧が高くなりスイッチングノイズが発生しやすくなったり、スイッチングロスが増加して逆に効率が低下することから、出力電圧Ｖ２は４０Ｖ程度に設定するのが望ましい。
【００３０】
このように、本発明の実施の形態１における電源回路を用いた漏電遮断器は、第１のシリーズレギュレータ１４で一旦中間的な電圧Ｖ２まで降圧し、定常的に作動する回路に対しては電圧Ｖ２を第２のシリーズレギュレータ１６で更に降圧して電源を供給し、漏電引き外しやテスト動作等の一時的にしか作動しない回路に対しては、電圧Ｖ２を第１のスイッチングレギュレータ１７で更に降圧して電源を供給するようにしたことで、ドロップ電圧が大きい為にどうしても電力損失が大きくなっていた第１のシリーズレギュレータ１４の負荷電流を小さくすることができ、電源回路全体の小形化や発熱の抑制が可能となる。
【００３１】
また、引き外しコイル６の駆動電流Ｉｆやテスト電流Ｉｊに対して電源の供給能力に余裕が生まれることから、コイル６の駆動電流Ｉｆを増やして作動力を上げたり、テスト電流Ｉｊを増やして３次巻線３ｂの巻数を少なくしコストを抑制する事も可能となる。
【００３２】
また、従来は、そのスイッチングノイズの発生やスイッチングロスの問題があった為、スイッチングレギュレータが使えなかったが、本発明のように、第１のシリーズレギュレータ１４を介して比較的低い電圧で第１のスイッチングレギュレータ１７を作動させることにより、スイッチングノイズやスイッチングロスを抑制することができ、電源回路の効率を上げることができる。
【００３３】
さらにまた、第１のスイッチングレギュレータ１７を漏電引き外しやテスト動作時といった非定常時にのみ使用することで、第１のスイッチングレギュレータが仮にスイッチングノイズを発生しても遮断器が作動する際の一時的な発生に留められることよりノイズの悪影響を最小限に抑えることができる。
【００３４】
実施の形態２．
以下この発明の実施の形態２を図２により説明する。図２は実施の形態２における電源回路を用いた漏電遮断器を示す回路図である。
本実施の形態は、実施の形態１で示した電源回路を用いた漏電遮断器のテスト動作時の損失を更に低減するものである。図２において、１８は非常に低い電圧（例えば１Ｖ以下）を出力する電圧降圧手段である第２のスイッチングレギュレータであり、その入力側には、テスト回路９の出力パルスに連動して作動するスイッチング手段１０によって、第１のスイッチングレギュレータ１７の出力電圧Ｖ４が接続され、また、その出力電圧Ｖ５は制限抵抗１１を介して零相変流器３の３次巻線３ｂに電流Ｉｋが流れるように構成されている。
【００３５】
実施の形態１に示した漏電遮断器の例では、テスト動作にテスト電流を所定の値に設定するための制限抵抗１１が多くの電力を損失しており、従来の漏電遮断器と比較すれば改善されているものの、テスト動作は３次巻線３ｂへは励磁電流を流すだけでいいことから、この制限抵抗１１の損失は効率が良いとはいえない。
【００３６】
したがって、本実施の形態では、この制限抵抗１１の損失を小さくしつつ、３次巻線３ｂへの励磁電流を大きくできるように、テスト回路９の出力パルスに連動して作動するスイッチング手段１０によって電圧Ｖ４から流れる電流Ｉｊを、第２のスイッチングレギュレータ１８によって非常に低い電圧に降圧化することで、制限抵抗１１の損失を小さくしつつ、３次巻線３ｂにより大きな励磁電流が流れるようにしている。
【００３７】
なお、第２のスイッチングレギュレータ１８は、いわゆる電流増幅的に機能するため、第２のスイッチングレギュレータ１８に定電流出力形のスイッチングレギュレータを使用してもよく、その場合は制限抵抗１１が省略される。
【００３８】
また、近年、小形携帯機器の普及に伴い、５Ｖ未満のものを中心にワンチップ化されたＤＣ−ＤＣコンバータが多く開発され安価に供給されるようになっていることから、このようなワンチップ化されたＤＣ−ＤＣコンバータを第２のスイッチングレギュレータ１８に使用することも可能で、更なる小形化と高効率化が期待できる。
【００３９】
尚、このようなワンチップ化されたＤＣ−ＤＣコンバータは入力できる電圧があまり高くない場合が多いが、このようなＤＣ−ＤＣコンバータを第２のスイッチングレギュレータ１８として使用する場合は、若干効率が下がるが、スイッチング手段１０を介して入力される電圧を電圧Ｖ４ではなく、電圧の低い第１のシリーズレギュレータの出力電圧Ｖ３としてもよい。
【００４０】
このように、第２のスイッチングレギュレータ１８をテスト信号の生成に使用することで、第１のシリーズレギュレータ１４の最大負荷電流が削減されて、電源回路の小形化や遮断器全体の消費電流削減といった効果が期待できる。
【００４１】
また、３次巻線３ｂへの励磁電流、つまりテスト電流として流せる電流が大幅に拡大されることから、３次巻線３ｂの巻数が大幅に削減でき、従来、零相変流器３の内部に設けていた３次巻線３ｂ自体を零相変流器３の外部に電線で数ターン程度の巻数で対応できるようになることから、零相変流器３内部の３次巻線が不要となり、零相変流器３のコスト低減や小形化を図ることができる。
【００４２】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図３により説明する。図３は実施の形態３における電源回路を用いた漏電遮断器を示す回路図である。
本実施の形態は、実施の形態２で示した第２のスイッチングレギュレータ１８を定電流出力とすることで漏電遮断器のテスト動作時におけるテスト電流を効率的に発生させ損失を更に低減するものである。
【００４３】
図３において、第２のスイッチングレギュレータ１８は実施の形態２と同様に、テスト電流を発生させる回路であるが、出力が所定の電流で一定となる定電流出力となっており、その為、電流を制限する制限抵抗１１を省略している。また、入力電圧を高くして、入力と出力の電圧比を大きくすることで第２のスイッチングレギュレータ１８の効率が向上することから、スイッチング手段１０を介して第２のスイッチングレギュレータ１８に入力される入力電圧を第１のシリーズレギュレータ１４の出力電圧Ｖ２としているのが実施の形態２と異なっている。
【００４４】
実施の形態３における第２のスイッチングレギュレータ１８では、スイッチング素子Ｑ１と、第２のスイッチングレギュレータ１８の出力端となるインダクタＬ１と、インダクタに対するフライホイールダイオードＤ１と、第２のスイッチングレギュレータ１８の出力端となる出力レベルを検出しスイッチング素子Ｑ１側にフィードバック制御を行うフォ
トカプラＰＣ１とを有する回路を基本とした自励式の降圧チョッパー形スイッチング回路に構成されている。尚、トランジスタＱ２および抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はフォトカプラＰＣ１の出力に応じてスイッチング素子Ｑ１をオンオフ制御させるためのゲート回路の構成部品である。
【００４５】
次に、実施の形態３における第２のスイッチングレギュレータ１８の動作について説明する。第２のスイッチングレギュレータ１８へはテスト回路９の出力パルスに連動して作動するスイッチング手段１０によって、第１のシリーズレギュレータ１４の出力電圧Ｖ２の電圧が交流電路１と同じ周波数で断続的に供給される。
初期状態において第２のスイッチングレギュレータ１８に出力電圧Ｖ２の電圧が供給されると、抵抗Ｒ４からトランジスタＱ２にベース電流が流れ、トランジスタＱ２がオン状態となり、抵抗Ｒ３を介してＰチャネルのスイッチング素子Ｑ１がオン状態となり、インダクタＬ１から並列接続された抵抗Ｒ１とフォトカプラＰＣ１の入力側発光ダイオード、さらに零相変流器３の３次巻線３ｂを介してＧＮＤへと電流Ｉｋが流れ始めるが、電流ＩｋはインダクタＬ１のインダクタンス成分により一定速度で直線的に増加する。
【００４６】
ここで、電流Ｉｋが小さく、抵抗Ｒ１の両端電圧（つまり抵抗Ｒ１の抵抗値×電流Ｉｋ）がフォトカプラＰＣ１の入力側発光ダイオードの順方向電圧ＶＦより小さい場合は、電流ＩｋはフォトカプラＰＣ１の入力側発光ダイオードには流れず、フォトカプラＰＣ１の出力トランジスタはオフ状態である。
【００４７】
この電流Ｉｋが増加し、抵抗Ｒ１の両端電圧がフォトカプラＰＣ１の入力側発光ダイオードの順方向電圧ＶＦに達すると、電流Ｉｋの一部が入力側発光ダイオードに流れ、フォトカプラＰＣ１の出力トランジスタがオン状態となる。
フォトカプラＰＣ１の出力トランジスタがオンすると、トランジスタＱ２がオフし、スイッチング素子Ｑ１もオフ状態となり、インダクタＬ１への電流供給が停止する。しかし、電流ＩｋはインダクタＬ１のインダクタンス成分に蓄えられたエネルギーによりダイオードＤ１を介して継続して流れようとするため、電流Ｉｋは一定速度で減少しながらも、継続して流れる。
【００４８】
この電流Ｉｋが減少し、抵抗Ｒ１の両端電圧がフォトカプラＰＣ１の入力側発光ダイオードの順方向電圧ＶＦより低くなった時点で、フォトカプラＰＣ１の出力トランジスタはオフ状態に戻り、以後この動作が繰り返されることで、第２のスイッチングレギュレータ１８は電流Ｉｋを一定のレベルに維持した定電流のスイッチングレギュレータとして動作する。尚、このスイッチング動作はフォトカプラＰＣ１の応答速度による制約があるものの、電流ＩｋとインダクタＬ１によって任意に設定でき、スイッチング周波数を数百ｋＨｚ程度と高く設定することで、リップルが抑制され、またインダクタＬ１も小さくすることができる。
【００４９】
以上が実施の形態３における第２のスイッチングレギュレータ１８のスイッチング動作原理であるが、この実施の形態３における第２のスイッチングレギュレータ１８では、出力側の負荷となるものが、並列接続された抵抗Ｒ１とフォトカプラＰＣ１の入力側発光ダイオードおよびインダクタＬの直流抵抗分のみであり、インダクタＬの直流抵抗分を低く抑えれば、出力側電圧は入力側発光ダイオードの順方向電圧（約１Ｖ）程度となることより、非常に簡単な回路で損失を抑制することが可能となる。
【００５０】
また、実施の形態３における第２のスイッチングレギュレータ１８は非常に簡単な回路であるので汎用ディスクリート部品で構成することが可能であり、使用電圧５Ｖ以下を中心とした前述のワンチップ化ＤＣ−ＤＣコンバータを使用した場合より、入力電圧を高く設定することができ、より大きな出力電流つまりテスト電流を得ることが可能となった。
【００５１】
なお、前述の本件発明の実施の形態１及び実施の形態２におけるシリーズレギュレータ及びスイッチングレギュレータは広く一般に周知の技術であって、シリーズレギュレータは、負荷に直列接続され電圧制御素子が接続された電圧降圧のみ可能な連続電流の定電圧直流電源回路の総称であり、スイッチングレギュレータは、スイッチング方式で出力電圧を制御する直流安定化電源の総称であり半導体スイッチをオン／オフすることによって入力電圧を高速スイッチングして出力電圧を制御するものである。
【００５２】
また、前述の本件発明の実施の形態３におけるチョッパー形スイッチング回路も広く一般に周知の技術であり、スイッチング素子と、チョッパー形スイッチング回路の出力端となるインダクタと、インダクタに対するフライホイールダイオードと、チョッパー形スイッチング回路の出力端となるインダクタの出力レベルを検出しスイッチング素子をスイッチング制御するフィードバック回路とで構成される非絶縁のスイッチングレギュレータの総称であり、中でも前記フィードバック回路に適当なヒステレシスと時間遅れを持たせ、スイッチング素子を直接的にスイッチング周期を制御するものが自励式チョッパー形スイッチング回路であり、スイッチング電源の基本回路として広く知られた回路である。
【００５３】
前述のように、本件発明の実施の形態１及び実施の形態２、さらに実施の形態３は、次のような技術的な特徴点を有している。
特徴点１：交流電源１から供給された交流電圧を直流電圧に変換する整流手段１３と、この整流手段の出力電圧を降圧する第１の降圧手段１４と、前記第１の降圧手段の出力電圧を更に降圧する第２の降圧手段１７とを備え、前記第１の降圧手段をシリーズレギュレータで、また前記第２の降圧手段をスイッチングレギュレータで構成し、前記第２の降圧手段であるスイッチングレギュレータは、テスト回路９による動作試験時等の所定の条件を満たす非定常時でのみ作動させられるか、もしくは所定の条件を満たす非定常時にのみ３次巻線３ｂ、制限抵抗１１等の負荷が接続されることにより、非試験時等の定常時は前記第２の降圧手段であるスイッチングレギュレータのスイッチング動作が停止状態もしくは無負荷状態となるようにするものである。
特徴点２：交流電路１から供給された交流電圧を直流電圧Ｖ１に変換する整流回路１３と、直流電圧Ｖ１を一旦中間電圧の直流電圧Ｖ２に変換する電圧降圧手段である第１のシリーズレギュレータ１４と、前記直流電圧Ｖ２を更に直流電圧Ｖ３に降圧して常時作動する漏電検出回路に電源を供給する電圧降圧手段である第２のシリーズレギュレータ１６と、前記直流電圧Ｖ２を更に直流電圧Ｖ４に降圧して非定常的に作動して一時的に大きな電力を消費する引き外しコイル６およびテスト機能部３ｂ、１０、１１に電源を供給する電圧降圧手段である第１のスイッチングレギュレータ１７とを備え、漏電引き外し動作時もしくはテスト動作時のみスイッチングレギュレータ１７を使用し、漏電引き外し動作時やテスト動作時以外の定常時はシリーズレギュレータ１４，１６でのみ漏電遮断器１００の内部電源を確保するものであり、前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ４の大きさの関係を、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ４＞Ｖ３、としたものである。
特徴点３：交流電源１から供給された交流電圧を直流電圧に変換する整流手段１３、この整流手段の出力電圧を降圧する第１の降圧手段１４、及び前記第１の降圧手段によって降圧された出力電圧を更に降圧する第２の降圧手段１７を備え、前記第１の降圧手段がシリーズレギュレータで、前記第２の降圧手段がスイッチングレギュレータでそれぞれ構成され、前記第１の降圧手段及び前記第２の降圧手段の各出力電圧が何れも電源として使用されるものである。
特徴点４：特徴点３の電源回路において、前記第２の降圧手段であるスイッチングレギュレータ１７は、所定の条件を満たす非定常時でのみ作動させられるか、もしくは所定の条件を満たす非定常時にのみ負荷が接続されることにより、定常時は前記第２の降圧手段であるスイッチングレギュレータ１７のスイッチング動作が停止状態もしくは無負荷状態に維持されるものである。
特徴点５：電路１の漏電電流を検出する零相変流器３、前記零相変流器が検出した信号に基づいて漏電を判別する漏電検出回路４、前記漏電検出回路の出力により前記電路に設けられた開閉接点２を開放する引き外し装置６，７、及び前記漏電検出の機能をテストするテスト機能部３ｂ，８，９，１０，１１を備え、特徴点３または特徴点４の電源回路から、前記漏電検出回路、前記引き外し装置、及び前記テスト機能部へ電源を供給する漏電遮断器である。
特徴点６：特徴点５の漏電遮断器において、前記引き外し装置６，７、もしくは前記テスト機能部３ｂ，１０，１１への電源供給が前記第２の降圧手段であるスイッチングレギュレータ１７の出力電圧によって行われる漏電遮断器である。
特徴点７：特徴点５の漏電遮断器において、前記テスト機能部は、前記交流電路の交流成分を元に前記交流電路と同一周波数のパルスを生成する回路もしくは前記交流電路の周波数に近い周波数を出力する発振回路で構成されるテスト回路９、及び前記テスト回路が出力するパルス信号を入力とし前記テスト回路の電源電圧よりも低い電圧に降圧し零相変流器３の３次巻線３ｂに制限抵抗１１を介して電源を供給する第３の降圧手段１８を備え、前記第３の降圧手段１８がスイッチングレギュレータである漏電遮断器である。
特徴点８：特徴点７の漏電遮断器において、前記第３の降圧手段であるスイッチングレギュレータ１８が定電流出力形のスイッチングレギュレータである漏電遮断器である。
特徴点９：特徴点８の漏電遮断器において、前記第３の降圧手段であるスイッチングレギュレータ１８として、少なくともスイッチング素子Ｑ１と、前記スイッチングレギュレータの出力端となるインダクタＬ１と、前記インダクタＬ１に対するフライホイールダイオードＤ１および、前記インダクタＬ１の出力レベルを検出し前記スイッチング素子Ｑ１側にフィードバック制御するフォトカプラＰＣ１とを用いた自励式の降圧チョッパー形スイッチング回路で構成され、前記降圧チョッパー形スイッチング回路１８の出力端となる前記インダクタＬ１から分流抵抗Ｒ１が並列接続された前記フォトカプラＰＣ１の入力側発光ダイオードおよび零相変流器３の３次巻線３ｂを介してＧＮＤレベルに接続することで、テスト動作時における零相変流器３の３次巻線３ｂに流れるテスト電流Ｉｋを所定の振幅レベルとした漏電遮断器である。
【００５４】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。
なお、各図中、同一符合は同一又は相当部分を示す。
【符号の説明】
【００５５】
１    交流電路、  ２    開閉接点、  ３    零相変流器、
３ａ    零相変流器３の２次巻線、  ３ｂ    零相変流器３の３次巻線、
４    漏電検出回路、  ５    スイッチング手段、  ６    引き外しコイル、
７    引き外し装置、  ８    テストスイッチ、  ９    テスト回路、
１０    スイッチング手段、  １１    制限抵抗、  １２    限流抵抗、
１３    全波整流回路、  １４    第１のシリーズレギュレータ、
１５    平滑コンデンサ、  １６    第２のシリーズレギュレータ、
１７    第１のスイッチングレギュレータ、
１８    第２のスイッチングレギュレータ、
１００    漏電遮断器。
【図１】
0005832254.tif 000002
【図２】
0005832254.tif 000003
【図３】
0005832254.tif 000004